汽車制造工藝課件：塑料加工工藝 -

6.1塑料加工工藝概要6.2塑料加工工藝與設備6.3零件精度6.4塑料成形用模型6.5在汽車中的應用及汽車用塑料的

發(fā)展趨勢塑料加工工藝塑料加工工藝教學提示：塑料在汽車上的應用對汽車的制造、運行、維修保養(yǎng)工作起著很大的作用，原因在于塑料具有一些優(yōu)良的特性。塑料加工通常有配料(配比、著色)、一次加工(成形)、二次加工(表面處理、裝配)三道工序。塑料的種類很多，分類方法也較多。教學要求：了解塑料成行的幾種方法以及塑料加工的成形過程。學習注塑成形與壓塑成形所用的加工設備，掌握模型設計方法及模膛的加工過程。了解塑料在汽車中的應用及汽車用塑料的發(fā)展趨勢。塑料是一種高分子材料，近年來在汽車上的應用越來越多，已由內(nèi)外裝飾件向車身覆蓋結(jié)構(gòu)件方面發(fā)展。例如前照面、保險杠、發(fā)動機罩、行李箱蓋、頂蓋、翼子板、車門內(nèi)護板和某些車身骨架構(gòu)件等。甚至有些大汽車公司正在用復合材料做承載力最大的底盤車架，例如福特汽車公司在2001年將復合材料底盤應用在一輛叫“探索者”的小皮卡樣車上。每輛汽車塑料的用量是衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)水平的標志之一。日本、美國和德國等發(fā)達國家的每輛轎車平均使用塑料已超過100千克，平均占汽車總重量的8%。目前，中國每輛汽車平均塑料用量為70千克，平均占汽車總重量的6%左右。6.1塑料加工工藝概要如何減輕汽車的重量，提高載重量，降低耗油量，減少汽車中有色金屬及一些貴重合金的用量，延長零件的使用壽命，增加汽車的舒適性以及如何采用一些快速有效的修理方法等等，都是目前汽車制造、使用和保修部門經(jīng)常研究的問題。這些問題的解決對汽車的制造、運行、維修保養(yǎng)工作起著很大的作用，而擴大塑料在汽車上的應用，是解決這些問題的一個重要方面。塑料加工是隨著合成樹脂的發(fā)展而發(fā)展起來的，它和塑料機械的發(fā)展互相促進。不少塑料加工技術(shù)，系借鑒于橡膠、金屬和陶瓷加工。塑料加工歷史可追溯到19世紀90年代，賽璐珞誕生之后，因其易燃，只能用模壓法制成塊狀物，再經(jīng)機械加工成片材，片材可用熱成型法加工。表6-1所列為德國汽車塑料件的應用狀況。表6-2為汽車用塑料品種及其所占比例。6.1.1塑料的特性1.塑料具有可塑性顧名思義，塑料就是可以塑造的材料。所謂塑料的可塑性就是可以通過加熱的方法使固體的塑料變軟，然后再把變軟了的塑料放在模具中，讓它冷卻后又重新凝固成一定形狀的固體。塑料的這種性質(zhì)也有一定的缺陷，即遇熱時容易軟化變形，有的塑料甚至用溫度較高的水燙一下就會變形，所以塑料制品一般不宜接觸開水。2.塑料具有彈性有些塑料也像合成纖維一樣，具有一定的彈性。3.塑料具有較高的強度

4.塑料具有耐腐蝕性

5.塑料具有絕緣性6.1.2塑料加工方法概要廣義而言，塑料加工是指將有機合成工廠生產(chǎn)的聚合物制成所需成品的整個工藝過程，可以大略區(qū)分為下列三道工序：配料(配比、著色)，一次加工(成形)，二次加工(表面處理、裝配)。1.配料

為使有機合成工廠生產(chǎn)的聚合物適合最終使用目的而以化學變化或加入添加劑的辦法獲得所需要性能的調(diào)整工序。2.一次加工(成形)3.二次加工(表面處理，裝配)成形后除進行截斷、切削、形變、粘接、制袋外，還進行表面涂漆、電鍍、印刷、刻印等加工。2.一次加工(成形)成形過程原則上可細分為下列諸工步：(1)原料供應

從儲料罐中供應粉末狀或粒狀原料。

(2)塑化工步

從外部加熱使之具備流動性。(3)輸送工步

以螺旋輸送機或氣缸活塞輸送機擠壓送料。(4)成形工步

在模型中成形。

(5)固化工步

通過冷卻或加熱使之固化。熱塑性樹脂通過冷卻固化，熱固性樹脂通過加熱進行交聯(lián)反應而固化。(6)制品取出裝置

將制成的零件取出。

6.1.3塑料分類與制作塑料種類很多，到目前為止世界上投入生產(chǎn)的塑料大約有三百多種。塑料的分類方法較多，常用的有兩種：1.根據(jù)塑料受熱后的性質(zhì)不同分為熱塑性塑料和熱固性塑料熱塑性塑料分子結(jié)構(gòu)都是線型結(jié)構(gòu)，在受熱時發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過程能夠反復進行多次。2.根據(jù)塑料的用途不同分為通用塑料和工程塑料

通用塑料是指產(chǎn)量大、價格低、應用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫脑S多制品都是由這些通用塑料制成。6.2塑料加工工藝與設備6.2.1塑料成形法塑料成形(一次加工)的方法很多，主要有：1.壓縮成形法

用于熱固性樹脂(酚醛、尿素、三聚氰酸胺、環(huán)氧、不飽和聚酯等)成形。模型內(nèi)充填經(jīng)過計量的材料，使工藝時間與材料的熔化速度相吻合。合型、加熱加壓并保持一定時間，使之固化成形。有時，為了提高成形效率和產(chǎn)品質(zhì)量，也可將成形材料在注入模型之前先經(jīng)預熱。

2.注塑成形法

注塑是使用注塑機(或稱注射機)將熱塑性塑料熔體在高壓下注入到模具內(nèi)經(jīng)冷卻、固化獲得產(chǎn)品的方法。注塑也能用于熱固性塑料及泡沫塑料的成型。3.擠出成形法

即擠塑，是使用擠塑機(擠出機)將加熱的樹脂連續(xù)通過模具，擠出所需形狀的制品的方法。擠塑有時也用于熱固性塑料的成型，并可用于泡沫塑料的成型。4.吹塑成形法

是一種用于加工瓶類等中空容器的方法。先將熱塑性樹脂擠出或注射，預成形為管狀型坯，隨后放人金屬型腔內(nèi)并吹氣，使之密貼在型腔內(nèi)壁上，冷卻固化成形。5.砑光成形法

砑光通常是將原料在平行安裝著的3～4個鑄鋼軋輥機構(gòu)內(nèi)進行2～3次連續(xù)壓延的方法。除壓延機外，砑光成形還需可塑化原料攪拌機、混練機、開式研磨機(精練)等設備。6.真空成形法

真空成形的原理是，把經(jīng)適當加熱裝置加熱軟化的熱可塑性樹脂薄板蒙敷在為進行真空吸引而鉆有許多小孔的模型上，然后將其外部與周圍空氣密封隔絕，再從真空抽氣孔把模腔內(nèi)部的空氣急速排除。7.發(fā)泡成形法

發(fā)泡成形所用材料有熱固性樹脂或熱塑性樹脂。熱塑性樹脂主要有聚苯乙烯、ABS樹脂、聚烯烴、軟質(zhì)聚氯乙烯等，混入發(fā)泡劑后，使之發(fā)泡。(1)化學發(fā)泡

(2)物理發(fā)泡(3)機械發(fā)泡

6.2.2加工生產(chǎn)線以注塑成形和聚氨酯發(fā)泡成形為例，說明塑料加工的成形過程。

1.注塑成形生產(chǎn)線確定注塑成形車間平面布置時，除應將各工序按圖6.1所示的工藝流程合理配置外，必須考慮模型裝卸、設備維修、原料運入、冷卻水管排列、產(chǎn)品運出等問題。注塑成形機，一般可按成形壓力、原料類別、產(chǎn)品種類區(qū)分，并成套配置，這樣可提高設備利用率，容易管理，并可節(jié)省工時，有利于過程自動化。圖6.2為塑料加工生產(chǎn)線平兩布置的一般情況。注塑成形需要多種輔助設備，在平面布置上應考慮下述各點：圖6.2直列式設備平面布置舉例(1)原料輸送系統(tǒng)

(2)冷卻系統(tǒng)

(3)模型搬運系統(tǒng)

2.聚氨酯發(fā)泡成形生產(chǎn)線

聚氨醋發(fā)泡成形法有開式(泡沫塑料板坯)和模塑式兩種。(1)板坯法

(2)模塑法

模塑法一般是先將金屬模具放在運行著的輸送帶上，在骨架放置和零件安裝之后，注入定量發(fā)泡樹脂，再經(jīng)過一定時間發(fā)泡處理，將成品從模型中取出。圖6.4為汽車座墊用泡沫塑料的模鑄法平面布置實例。6.2.3加工設備本節(jié)簡要敘述汽車塑料件主要成形法中的兩種――注塑成形與壓塑成形――所用的加工設備。

1.注塑成形機

樹脂注射方向和模型開合方向皆為水平者，稱為臥式注塑成形機，皆為垂直者，稱為立式注塑成形機。臥式成形機的產(chǎn)品容易取出，可以利用其自重下落，且便于使用起重機更換模具，用途甚廣。立式成形機的安裝面積小，但在高度上受廠房建筑限制，很少有大型設備。(1)柱塞式(圖6.5)為使塑料能被均勻加熱，來用了魚雷式分流梭，稱為魚雷分流梭柱塞式注射機。(2)螺旋送料式(圖6.6)樹脂在通過螺旋溝槽過程中加熱熔化、混煉，并使之可塑化。(3)預混式(圖6.7)原料可塑化與注射分別在兩個缸中進行，可塑化效率高，注射時的壓力損失少。模型閉合壓緊裝置大致可分為下列兩種：連桿式：以一組連桿機構(gòu)和油缸直接結(jié)合，將模型閉合壓緊；油壓滑塊式：以油壓驅(qū)動模塑開合，具有升壓撞錘式、輔助油缸式、鍵楔閉鎖式等數(shù)種。2.壓塑成形機模型閉合壓緊機構(gòu)乃是熱固性樹脂成形廣泛使用的壓塑成形機的主要部分，目前普遍采用油缸裝置。這種設備的投資少，且在較小的模型壓緊噸位作用下，可生產(chǎn)大型塑料件。此外，為了提高生產(chǎn)率，也可采用滑塊式固定成形機和回轉(zhuǎn)式壓塑成形機。玻璃纖維增強塑料成形機屬于壓塑成形機類別，特別為了大型產(chǎn)品，正在研制配有偏心載荷和速度控制裝置的玻璃纖維增強塑料專用壓塑成形機。6.3零件精度樹脂零件在其成形過程中，受到熱與壓力等外部條件作用，將發(fā)生塑料本身的固有收縮和零件形狀與成形條件所引起的收縮。6.3.1起因于成形的變形1.熱的收縮由于零件出模溫度和室溫的差異，因熱膨脹而發(fā)生尺寸變化，其值隨成形溫度與材料的熱膨脹系數(shù)而異。

2.彈性恢復零件在模膛內(nèi)處于壓應力狀態(tài)，出模后因壓力消失而引起尺寸變化，其值隨壓力大小和材料的彈性系數(shù)而異。3.揮發(fā)物質(zhì)的發(fā)散在酚醛樹脂、三聚氰酰胺樹脂、尿素樹脂、尼龍樹脂等塑料中含有水分等易揮發(fā)物質(zhì)。塑料成形收縮率的一般情況載于表6-3。6.3.2起因于時效的變形1.應力變化成形時的熱與力能的一部分以內(nèi)應力狀態(tài)殘存于零件中，此外，在形狀復雜的零件內(nèi)，還因壁厚差異導致冷卻、收縮不均勻，也會形成應力。這些應力隨停放時間的延長，逐漸減弱。2.固化反應的進行在熱固性樹脂中發(fā)生的現(xiàn)象，系因成形時熱或塑化劑的化學變化尚未完成部分繼續(xù)進行固化所致，其情況如圖6.8所示。3.揮發(fā)份的放出成形原料中所含的水分大部保留在成品內(nèi)，由于水分逐漸蒸發(fā)，引起體積收縮。

4.結(jié)晶過程的進行聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰胺樹脂等結(jié)晶性樹脂，如果成形時結(jié)晶過程尚未完成，成形后將繼續(xù)進行結(jié)晶。6.4塑料成形用模型6.4.1模型設計機械、材料與模型乃是塑料成形的三個要素。其中，若機械與材料已經(jīng)預先確定，可以認為，產(chǎn)品質(zhì)量決定于模型。模型設計的要點如下：1.尺寸2.產(chǎn)品價值3.生產(chǎn)周期4.模具壽命5.工藝性6.加工性與精度根據(jù)上述原則設計塑料成形模。以下分別敘述壓塑成形模、注塑成形模與擠塑成形模的設計構(gòu)造。一般，金屬模由鋼材制成。(1)壓塑成形模

基本情況如圖6.9所示，可分為三種類型。一般，廣泛使用半壓入型。(2)注塑成形模

在塑料成形方法中，注塑成形法是用于制造最復雜產(chǎn)品的一種方法。因此，所用模具的復雜程度和精度也高。其一般構(gòu)造示于圖6.10。(3)擠塑成形模

直接裝在擠塑機上。由于背壓和整流需要，其間設置濾網(wǎng)與遮板，如圖6.11所示。圖6.11擠塑成形模1-缸筒2-螺桿3-濾網(wǎng)4-遮板5-十字架6-模型圖6.9壓塑成形模的三種類型a)平壓型b)壓入型c)半壓入型圖6.10壓塑成形模6.4.2模型制造塑料模用料大部分是鋼。如同冷沖模與壓鑄模一樣，模具制造一般以切削加工為主。模具的主要部位――模膛的加工過程如下：1.模膛加工一般，在靠模銑床上進行仿形加工?？捎萌斯げ倏v的小型靠模銑床，也可用大型靠模銑床。此外，所用的特殊加工方法有：冷擠壓制模法、肖氏精密鑄造法、電極沉積鑄造法，電火花加工法等數(shù)種。

2.模膛精加工繼仿形加工后，進行模膛精加工的手工作業(yè)，其順序是：碘化硅、氧化錫砂輪磨削，砂紙打磨，油面打磨，橡皮砂輪研磨，金剛石拋光劑研磨、拋光。根據(jù)模膛精度要求，確定最后加工至哪道工序為止。6.5在汽車中的應用及汽車用塑料的發(fā)展趨勢6.5.1保險杠保險杠是汽車上較大的外覆蓋件之一，作為一個獨立的總成安裝在汽車上，它對車輛的安全防護、造型效果、空氣動力性等有著較大的影響。其作用有兩方面：起保護作用，當汽車與其他車輛或障礙物發(fā)生碰撞時，避免損傷車身和附件；裝飾作用。因此，國內(nèi)外十分重視保險杠的研究。特別是轎車保險杠，眾多廠家更是追求造型優(yōu)美、結(jié)構(gòu)獨特和由不同材料組合而成的新型保險杠。功能齊全的保險杠還可為汽車廠家?guī)砜捎^的經(jīng)濟效益。此外，為了降低成本和油耗，汽車輕量化要求越來越高，密度較小、防腐性能更好的塑料材料在汽車保險杠上的用量正在逐年遞增。圖6.12為保險杠的結(jié)構(gòu)示意圖。這種結(jié)構(gòu)形式的保險杠由橫杠、側(cè)角(有的無側(cè)角)和托架組成。1.汽車保險杠的類別

汽車保險杠按位置可分為前保險杠和后保險杠。按其使用的材料，可分為金屬材料保險杠和非金屬材料保險杠。金屬材料保險杠一般用高強度鋼板沖壓而成。按其功能，可分為非吸能型保險杠和吸能型保險杠。(1)非吸能型保險杠(2)吸能型保險杠吸能型保險杠又可分為液壓緩沖型保險杠和自身吸能型保險杠。(3)帶安全氣囊型保險杠表6-4列出常用塑料保險杠品種及其特性。2.汽車保險杠的質(zhì)量要求保險杠系統(tǒng)是轎車車身的重要組成部分。其作用為當轎車與其它車輛或障礙物發(fā)生碰撞時能保護車身和附件，具體說就是保護翼子板、散熱器、發(fā)動機罩和燈具等部件。輕微事故時保險杠系統(tǒng)能吸收沖擊能量，撞后自動恢復原狀，有效地降低了轎車的修理用。遇上嚴重的撞車事故時，沖擊力經(jīng)保險橫杠被合理導向分散給整個車身，以避免局部區(qū)域變形過大，保證乘客有足夠的生存空間。轎車保險杠的附加功能為裝飾和美化車身，優(yōu)美的保險杠造型常能達到吸引顧客之功效。表6-5列出了汽車PP保險杠要求的特性和樹脂必要特性，表6-6列出了桑塔納轎車保險杠專用料的一般技術(shù)要求。汽車保險杠是一種表面積較大、形狀復雜的薄壁大型結(jié)構(gòu)部件，各國對汽車塑料保險杠均制定了相關(guān)安全技術(shù)標準。因此對保險杠材料而言，不僅要求具有優(yōu)異的高、低溫沖擊韌性、剛性、耐老化性、耐熱性、耐寒性，還應具有耐汽油、潤滑油、油漆等性能。保險杠用材料的性能要求如下：在較寬的溫度范圍內(nèi)剛性高、抗沖擊性能好；尺寸穩(wěn)定性好；耐溶劑性好；不噴涂的情況下耐候性好；涂裝性好；大型件的成型方便。3.汽車保險杠的典型成型工藝在眾多的塑料材料中，PP/EPDM共混料由于其價格低廉、易加工成型和優(yōu)良的柔韌性而更受到汽車保險杠制造廠商的青睞。EPDM是乙烯丙烯一二烯系三元共聚物。PP中添加EPDM主要是改善材料的柔韌性，提高沖擊韌性，尤其是耐低溫沖擊性，同時對涂料的附著力也有改善。EPDM一般用冷拼的方法加入，也可用接枝共聚的新方法。EPDM添加量在10％～40％左右。下面簡單介紹一下汽車保險杠的成型方法及工藝。(1)注射成型(2)吹塑成型德國Hoechst公司供吹塑或注塑模塑用